Auswahl für den jeweiligen Anwendungsfall

Die Wahl eines Materials beginnt mit der Aufgabe, nicht mit dem Material. Schreibe auf, was das Teil können muss (die Anforderungen), und suche dann nach dem Material, das sie zu akzeptablen Kosten erfüllt. Ein paar Beispiele:

• Elektrisches Kabel: Es muss Strom mit wenig Verlust leiten, sich biegen lassen, ohne zu brechen, und bezahlbar sein. Kupfer leitet sehr gut und lässt sich leicht zu Draht ziehen. Aluminium leitet weniger gut, ist aber leichter und billiger. Deshalb wird es in langen Freileitungen verwendet.
• Fenster: Es muss Licht durchlassen und Wind und Regen abhalten, also muss es transparent sein. Glas kann das. Deshalb wird es gewählt, obwohl es spröde ist.
• Bratpfanne: Der Boden sollte die Wärme gleichmäßig verteilen (ein guter Wärmeleiter wie Aluminium oder Kupfer), während der Griff kühl bleiben sollte (ein schlechter Wärmeleiter wie Kunststoff oder Holz).
• Feder: Sie muss viele Male gedehnt oder zusammengedrückt werden können und in ihre Form zurückkehren. Deshalb braucht sie einen sehr hohen elastischen Grenzwert. Federstahl ist genau dafür gemacht.

Es gibt kein „bestes Material“, sondern nur den besten Kompromiss. Ein Fahrradrahmen zeigt die verschiedenen Vor- und Nachteile:

• Stahl: fest, zäh und leicht zu reparieren, aber schwerer.
• Aluminiumlegierung: Für einen steifen Rahmen viel leichter als Stahl, aber weniger tolerant gegenüber wiederholter Belastung.
• Kohlenstofffaser-Verbundwerkstoff: sehr leicht und so abstimmbar, dass er in den richtigen Richtungen steif ist, aber teuer und schwieriger zu reparieren.

Ein Radfahrer, der ein günstiges Fahrrad für den Weg zur Arbeit möchte, und ein Rennfahrer, der jedes Gramm sparen will, entscheiden sich unterschiedlich – und beide treffen die richtige Wahl für ihre Aufgabe.

Schau dir einen Fahrradhelm an. Die Außenschale besteht aus dünnem, hartem Kunststoff, aber der größte Teil des Helms ist ein zerdrückbarer Schaumstoff. Bei einem Unfall wird der Schaumstoff dauerhaft zusammengedrückt. Das braucht etwas Zeit und Entfernung und nimmt die Energie des Aufpralls auf. Dadurch wirkt weniger Kraft auf den Kopf. Ein zäher, steifer Helm ohne Schaumstoff würde den Kopf plötzlich stärker abbremsen und wäre schlechter. Hier ist das „weiche“ Material die clevere Wahl.